基于文献计量的大学内部学科交叉研究
——以浙江工业大学为例

王 方，赵明珠

(1.浙江工业大学 生物工程学院，浙江 杭州 310014；2.浙江工业大学 研究生院(学科建设处)，浙江 杭州 310014)

学科交叉是科学技术发展的重大特征，是科学原创成果和重大科学突破的重要源泉，是培养复合型创新人才的有效路径。党中央、国务院高度重视交叉学科发展，大力推动学科交叉。习近平总书记多次强调，“厚实学科基础，培育新兴交叉学科生长点”“要下大气力组建交叉学科群”“鼓励具备条件的高校积极设置基础研究、交叉学科相关学科专业”“用好学科交叉融合的催化剂”[1]。近年来，国家部委对学科布局的机制和模式进行了优化和改革尝试，特别是2020年召开了全国研究生教育会议之后，新增了交叉学科作为我国第14个学科门类，国家自然科学基金委员会也成立了新的交叉科学部。2021年11月，国务院学位委员会印发了《交叉学科设置与管理办法(试行)》，为交叉学科发展探索规范化的制度安排。然而，学科交叉的机制模式如何建立？有效推进交叉学科发展并极大提升科研原始创新能力的痛点堵点是什么？回答这些问题既需要顶层谋划布局，更需要从高等教育的底层逻辑去推演分析。

一、理论基础与文献回顾

学科交叉(Interdisciplinary)最早由美国哥伦比亚大学学者Woodworth于1926年提出，是指涉及两个及以上学科，以解决超过单一学科范围或跨学科领域科学问题的研究活动[2]。国外关于学科交叉的讨论直到20世纪70年代才引起学术界的关注。国内学科交叉研究兴起于20世纪80年代，钱学森、钱三强、钱伟长在首届交叉科学学术研讨会上分别作了关于交叉科学的主旨报告，开启了我国学科交叉发展的深入讨论与研究。与学科交叉相关的术语包括跨学科、交叉学科、交叉科学等，这些概念内涵之间呈现递进式关系，其中学科交叉是利用跨学科方法解决重大科技问题的科学活动，学科交叉在整合不同知识体系的基础上形成的理论体系构成交叉学科，众多交叉学科构成了交叉科学[3]。概言之，学科交叉体现多学科的知识、技术、信息与工具等的交互与融合，为实现重大科学突破、培养拔尖创新人才，进而助力高校创建一流学科、提升高校自主创新能力提供了路径选择。

当前对学科交叉的研究主要集中在理论研究、实践研究、测度研究与评价研究等方面。理论研究层面着重关注相关概念辨析、交叉类型、交叉动机与阻碍因素等，学者J.Erich[4]、F.Morillo[5]、张雪[6]等从不同角度对学科交叉等概念进行深入解读，并根据学科交叉形式不同定义交叉类型，如李春景[7]将学科交叉分为研究对象交叉、科学主体交叉及学科范式交叉，J.Klein[8]把学科交叉程度概括为模糊、破裂、跨越、渗透等环节。美国国家科学院发布的《促进跨学科研究》[9]提出学科交叉的4种推动力，A.Milman[10]通过实地调研，发现学科交叉的动力及其阻碍发展因素。实践层面主要聚焦于国内外代表性高校学科交叉的行动案例与探索性举措，麻省理工学院1985年成立媒体实验室[11]，成为学科交叉研究的典范。国内高校对学科交叉重视程度越来越高，成立了基于优势学科的交叉科学研究机构，在学科交叉及相关学科的科学研究和人才培养方面发挥了重要作用，如2006年北京大学成立前沿交叉学科研究院，2011年清华大学成立交叉信息研究院等。很多高校将学科交叉作为学校战略规划的重要组成部分，如浙江大学发布“创新2030计划”打造多学科参与的学术共同体，四川大学发布“创新2035先导计划”探索学科交叉融合和学科群建设发展的新模式等。学科交叉程度大小的测度研究日渐成为基金资助部门和学者关注的重点，具体以多学科的文献为计量数据源，采用分类体系与研究视角，进行学科交叉度的分析与研究。评价研究主要从评价对象、方法和指标三个维度展开，如Van Noorden等[12]发现领域相近学科更容易产生交叉合作；邱均平等[13]从跨学科发文视角分析跨学科研究的主题、重点和程度；程莹等[14]统计分析了科学引文索引扩展版(SCIE)与社会科学引文索引(SSCI)收录期刊的跨学科类别和跨学科群情况，为学科交叉实践应用提供一定的理论支撑。

综上，已有文献鲜少以单一高校为具体样本和研究视角，对高校内部学科交叉融合现状与演化特征进行分析研究。为此，以综合性地方高水平高校——浙江工业大学为具体样本，深入剖析高校内部学科交叉融合现状，试图构建学科交叉融合网络图谱，重点聚焦于高校内部学科交叉融合呈现怎样的演化特征，不同学科间的交叉融合程度如何，对未来学科交叉有什么启示。通过梳理分析学科交叉合作论文特征、路径与网络结构，为高校推进学科交叉科学化发展提供基础支撑。

二、研究设计

(一)研究方法

基于高校内部学科间交叉合作的论文数量越多，说明学科参与交叉合作的表现越活跃这一假设，本研究对高校内部学科交叉合作论文的数据特征进行统计，分析交叉合作论文的比例特征、多样性特征、合著关系等。利用VOSviewer等[15]可视化软件构建学科交叉合作网络图，进一步分析高校内部学科交叉融合的典型特征。在构建的学科交叉合作网络图中，每个网络节点代表一个学科，节点与节点之间的连线(网络的边)代表两个学科之间存在交叉合作关系。如果一篇论文由多个学科共同合作完成，那么与这些学科相对应的节点之间均存在一条边，边越粗表示合作强度越高，合作关系越紧密。为定量分析学科间交叉融合关系，研究采用Jaccard系数[16]，描述一个学科(节点a)与另一个学科(节点b)之间交叉合作的紧密程度。Jaccard系数公式为

(1)

式中：N(a∩b)为学科a参与的交叉合作论文N(a)与学科b参与的交叉合作论文N(b)的交集，代表两个学科共同参与合作的论文数量；N(a∪b)为N(a)与N(b)的并集，代表两个学科分别参与或共同参与的交叉合作论文数量。基于此，可测算出学科交叉合作网络的网络链接数、节点中心度、中介中心度等数值，用于分析研究学科交叉合作网络结构特征，对高校内部学科交叉现状分析与学科交叉趋势预测具有理论研究价值与现实指导意义。

(二)数据来源与处理

研究采用文献计量法，从学科论文视角构建学科间合作网络[17-18]，揭示高校内部学科交叉合作的现状和特征。学科论文的统计年限为2016—2020年，数据源自Web of Science平台，收录期刊限定为科学引文索引(SCI)、社会科学引文索引(SSCI)，检索机构限定为浙江工业大学(Zhejiang University of Technology)，文献检索时间为2021年5月。论文的学科归属依据作者单位信息进行判定，院系标识不清晰的地址根据作者归属学院或地址中实验室、研究院等校级科研机构的学科归属来确定。学科归属确定后，即可筛选出浙江工业大学内部学科交叉合作论文。2016—2020年5年内共检索到浙江工业大学SCI/SSCI论文12 765篇，经信息筛查、整理以及归属学科判定后，得到学校内部学科间交叉合作论文466篇。

三、分析与讨论

(一)学科交叉的数据特征

1.交叉合作论文的比例特征。研究统计2016—2020年浙江工业大学内部学科交叉合作论文占比情况(表1)。随着学校教师发表高水平期刊论文数量的逐年快速增长，2016—2020年期间学科间论文合著占当年检索论文总数的比例均低于5.00%，仅在2017年占比5.36%，说明学校学科交叉融合的广度与深度均不足，学科间交流合作不活跃、不紧密。在交叉合作论文基数较小的情况下，学科间合著论文呈稳定增长态势，年平均递增占比达29.46%，高于检索论文总数的年平均递增20.94%。尽管这是很好的发展趋势，但仍缺乏爆发式、快速发展的态势。学科交叉不可替代地成为科技创新的主要源泉，学科交叉合作论文的低占比，说明学校的创新特性不够凸显，创新潜力有待激发，亟待探究体制机制改革打破学科壁垒，促进学科交叉融合。

表1 浙江工业大学内部学科间合作论文占比趋势分析

2.交叉合作论文的多样性特征。对合著论文的校内合作学科数进行统计，分析学科交叉融合多样性特征随时间的变化情况。如图1所示，学校内部的学科交叉融合主要为2个学科合作，占比达93.56%，2个以上学科合作极少。以5年为时间窗，交叉合作论文篇均参与学科数为2.07，即主要的学科交叉合作论文由2个学科参与完成，且所占比例逐年递增；而2个以上学科参与完成的交叉合作论文数占比逐年递减。据此推测，学校在此后一段时间内仍将以2个学科交叉融合为主，因为没有政策制度出台与体制机制突破，学科间交叉合作很难实现更加多样性的学科组合。

图1 浙江工业大学内部交叉合作的学科多样性特征

(二)学科交叉合作网络结构分析

在社会网络分析中，合作网络的中心性是对整体或某个节点在网络中重要性的量化，中心性的研究主要考量节点中心度和中介中心度[19]。某个学科的节点中心度越大表明在网络中地位越重要，与其他学科的合作更紧密，反映在合作网络中处于中心地位。中介中心度表示该节点对网络中资源控制的程度，中介中心度越高说明该学科越多地占据资源和信息流通的关键位置。节点的网络链接数表示该节点在合作网络内与其他学科间相互合作的次数，网络链接数越大表明该学科的交叉合作越活跃。

统计2016—2020年浙江工业大学内部交叉合作学科的网络链接数、节点中心度和中介中心度(表2)。由表2可知，化学工程与技术学科的网络链接数最高，但节点中心度与中介中心度的数值与网络链接数不呈相关性，仅处于中等偏上水平，表明该学科在校内学科交叉合作中未体现出核心作用或中心地位呈弱化现象，仅在限定学科领域范围内交叉合作活跃，交叉合作的广度不足；从全校范围来看，机械工程、计算机科学与技术学科中心性体现得较为明显，其中机械工程学科的合作学科数为17，占学校学科总数的60.7%，计算机科学与技术学科的合作学科数为14，占比为50%，说明这两个学科的交叉合作范围相较于其他学科更为广泛，与人文社科、基础研究、工程技术等跨领域学科均有一定的交叉合作；管理科学与工程学科虽然网络链接数少，但由于学科具有明显的多学科领域交叉性，是综合运用管理科学理论与工程方法的学科，与经济、管理与信息技术学科交叉活跃，呈现出特殊的中心性格局。

表2 浙江工业大学内部学科交叉合作分析

(三)学科交叉合作网络特征分析

基于浙江工业大学2016—2020年学科间交叉合作论文绘制可视化网络图(图2)。每一个气泡代表一个学科，气泡的大小表示该学科的节点中心度，即该学科与合作网络内学科具有交叉合作关系的学科个数，端点之间的连线为网络的边，边的粗细代表学科之间合作的紧密程度，用Jaccard系数计算。研究发现，合作网络表征出如下典型特征。

1.“小团体”特征。图2显示，以化学工程与技术、环境科学与工程、材料科学与工程、机械工程、计算机科学与技术为牵引学科形成了凝聚子团，呈现明显的小团体特征。其中，化学工程与技术学科作为学校传统优势学科，衍生并发展壮大了大化类相关学科，形成了以化学工程与技术学科为主导的小团体网络，包括与环境科学与工程(J=15.814 0)、药学(J=13.978 5)、材料科学与工程(J=12.698 6)、海洋科学(J=9.734 5)、中药学(J=9.195 4)等，这与学科衍生派系相关，形成了小团体内部相对稳定的合作关系。以药学为主要牵头学科，化学工程与技术、环境科学与工程、生物工程学科为核心参与学科，学校牵头组建了国家级“2011”长三角绿色制药协同创新中心，从图2中可看出，这4个学科形成内部闭环，增强了学校内部资源及与外部资源的共享、扩散与整合。然而，由于国家“2011计划”实施层面的不持续性以及协同创新体制机制壁垒的不可破性，国家级协同创新中心的作用尚未得到很好的发挥，药学学科也未在其中体现出强中心势。

2.“同质化”特征。学科交叉合作的“同质化”，主要体现在合作紧密程度更高(系数J更大)的合作学科大多属于同一学科门类或相近学科。据笔者统计，工科类学科间的交叉合作约占合作论文数的77.68%，且节点中心度最高的5个学科均为工科类学科。从系数J来看，J大于10的共有13组学科，分别为环境-生物工程(J=18.681 3)、生物工程-食品(J=18.181 8)、计算机-控制(J=17.857 1)、机械-计算机(J=17.721 5)、化工-环境(J=15.814)、环境-土木(J=15.189 9)、食品-海洋科学(J=14.953 3)、化工-药学(J=13.978 5)、化工-材料(J=12.698 6)、控制-动力(J=12.500 0)、材料-海洋科学(J=12.408 8)、机械-材料(J=10.89 4)、药学-生物工程(J=10.169 5)，除了药学学科以外，其余11组学科间论文合著均为工科类学科之间的合作，足以体现鲜明的学科同质化特征。

3.“定向性”特征。从最大Jaccard系数来看，生物工程-环境科学与工程学科(J=18.681 3)、生物工程-食品科学与工程学科(J=18.181 8)的合作紧密程度较高，其次是计算机科学与技术-控制科学与工程学科(J=17.857 1)。究其原因，生物工程、环境科学与工程、食品科学与工程这3个学科原先都归属于同一学院，计算机科学与技术、控制科学与工程学科也属于同源。可见，“院为实体”为学科交叉创造条件，但也使学科间合作存在定向性。

四、结论与启示

(一)顶层战略设计驱动学科交叉

囿于传统的学院、学科架构，浙江工业大学学科间论文合著的数量与整体现状不理想，学科交叉融合发展相对滞后。基于此，战略布局、顶层设计以及自上而下的资源配置尤为重要。一是布局以核心学科为主导的强势学科群战略。通过中心性分析可知，要充分重视在学科网络中具有中介作用的核心学科，这些具有中介特质的核心学科领域是与其他学科沟通交流的桥梁[20]。同时，基于相近学科合作更为密切这一现象，把具有强链接的学科合群而建，交叉方向往往产生于优势学科领域之间的融合，也是未来交叉学科的新增长点。为此，地方高校应重点建设依托优势学科、且与区域重大战略性产业布局相衔接的强势学科群，提升学科与经济社会发展的契合度、支撑度、贡献度。二是顶层设计围绕强势工科建设理科与人文社科类学科。从20世纪70年代末开始，国内很多高校从单科性开始走综合性发展道路，如浙江工业大学在传统优势工科类学科基础上，设置了理科和人文社科类学科，但并没有与优势的化工学科结合。面对科学技术高度综合趋势的当下，要发挥好学科综合优势，以引领未来新技术和新产业发展为目标，把具有优势的工科学科做强，推动工科向应用文科和应用理科延伸，培育新的围绕优势工科的交叉融合领域，完善新工科交叉竞争优势的学科布局，推动多学科优势转化为创新优势[21]。

(二)新型科技创新平台助推学科交叉

长期以来，校内科研平台往往落入传统单一学科运行的窠臼，难以实现大跨度学科交叉融合以应对重大创新需求。因此，以全新的知识生产逻辑和组织体系建构的新型科技创新平台，有利于摆脱物理空间隔阂与传统学科运行模式的路径依赖，可以成为实现学科交叉会聚的有效举措[22]。一是放大协同创新中心新优势。当前国家级、省级协同创新中心(“2011计划”)在合作伙伴和体制机制上的变革相当微弱，致使跨界创新的优势没有得到充分发挥。作为学科交叉融合的有力载体，应集中优势力量建设好已组建的协同创新中心，将操作关键放到实质性的协同运行和机制体制改革上，从知识结构、合作伙伴、区域交流等视角多维度构建“合作网络”，不断拓展合作网络的广度与深度，成为推动高校转型升级与区域协同创新的重要引擎。二是新建强势学科的高能级科技创新平台。高校需要打破以学科为单一维度的组织体系，组建体现优势特色、创新网络密集、系统运行高效的新型高能级科技创新平台，打破传统的组织边界进行合作创新，这有助于营造新的多学科会聚制度环境、接轨世界一流科研范式，进而牵引原有学科体系跨越式发展，根本性颠覆创新方式，推进一流学科建设。

(三)科研范式变革倒逼学科交叉

高校内部学科交叉大多以“同质化”学科合作为主，“异质化”跨学科合作偏少。现行以单一学科为中心的科学研究范式，已不能有效解决复杂的科学问题，科研范式变革倒逼多样化的跨领域合作无疑是推进学科快速、健康发展的内在要求。一是以创新需求倒逼学科范式重塑。在科技体制改革的驱动下，科研范式在内容、方法和定位上发生了急剧变化，国家科技创新指向更加体现国家意志和战略意图，立足重大创新需求和科技前沿领域打造会聚型科研团队，对消除学科隔离、强化板块链接具有实质性牵引作用。二是会聚研究倒逼学科交叉。相比于传统以学科为基础的科研组织模式，会聚研究逐渐成为解决复杂问题的一种新策略，它不仅强调自然科学与工程技术领域的多学科交叉会聚，同时还强调自然科学、工程技术与人文社科的会聚融合。会聚研究突破了原有学科壁垒的局限和掣肘，将对传统科研组织模式带来管理架构、体制机制和组织文化方面的冲击与变革，为有效解决重大挑战和复杂问题提供了一个更加有效、更多可能性的解决方案。

本研究以高校学科交叉合著论文为数据样本，尝试应用文献计量和社会网络分析方法来研究浙江工业大学内部学科交叉合作现状，探究优势、交叉学科发展方向。从数据样本来看，仍有一定的局限性。第一，学科间合著论文样本量偏少，合作网络构建与分析存在一定偏差。第二，学科交叉合作数据较为单一，仅选取了全学科领域的高水平期刊论文，而学科交叉合作在发明专利、科研项目、学术交流等方面也有所体现。期待通过今后的深入研究，进一步提升学科交叉合作分析的客观性与全面性。